Simulation de grands mouvements d'un corps flottant en fluide parfait : application à la récupération de l'énergie des vagues

• Auteur / Autrice : Jean-Christophe Gilloteaux
• Direction : Alain Clément, Pierre Ferrant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Centrale Nantes (1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Énergie des vagues

Résumé

Les corps flottants servant de capteur pour la récupération de l’énergie des vagues sont exposés, par nature, à des mers fortes et leur conception fait qu’ils seront a priori animés de grands mouvements. Cette particularité fait que la simulation numérique de leur comportement sur houle ne peut se satisfaire de l’approche linéarisée. Pour se faire, l’approche fluide parfait a été retenue et trois simulateurs numériques ont été développée. La première approche est un modèle numérique 2D où les équations du mouvements sont résolues non-linéairement alors que les efforts hydrodynamiques se résument aux efforts de Froude-Krylov appliqués sur la surface mouillée instantanée exacte. L’influence des œuvres mortes sur le comportement global du système SEAREV a notamment été étudié. Le second modèle numérique est un code 3D qui résout de manière linéaire les équations du mouvements et prend en compte l’ensemble des efforts hydrodynamiques sous leur forme linéaire. Le champ de vagues incident peut être également multidirectionnel, permettant de quantifier les effets de cette directionalité sur les performances du système SEAREV. Le dernier modèle numérique développé résout quant à lui les équations du mouvements dans l’espace 3D de manière non-linéaire, les efforts de Froude-Krylov sont pris en compte sur la surface mouillée instantanée exacte, et les efforts de diffraction-radiation sont étendus jusqu’au second-ordre. Le champ incident est modélisé à l’aide de méthodes spectrales permettant de reproduire des houles présentant une forte cambrure. Les résultas obtenus sur houle régulière et les comparaisons faites avec les résultats expérimentaux sont très satisfaisants.

Wave energy converters (WECs) will require to operate in severe seas. Corresponding motions with large amplitude, and thus their numerical simulation can not be satisfactorily modelled by linear theory. To study such motions, the potential-method approach was adopted and three numerical simulators were developed. The first approach is a 2D numerical model, whose equations of motion are non-linear whereas the hydrodynamic forces are just the Froude-Krylov forces applied to instantaneous total wetted surface. Particularly, the influence of upper works on the total behaviour of the SEAREV device is studied. The second numerical model is a 3D code which solves the linear equations of motion and takes into account the complete hydrodynamic forces in their linear form. The incident wave field can be either regular or multidirectional, making it possible to quantify the effects of directionality on the performances of the SEAREV device. The last developed numerical model solves the non-linear equations of motions in 3D space. The Froude-Krylov forces are taken into account on instantaneous total wetted surface, and the diffraction-radiation forces are expanded up to second-order. The incident wave field is modelled using spectral methods which allow for the modelling of strong steepness wave-trains. Numerical results obtained on regular wave-train and the comparisons made with experimental results are very satisfactory.